采輸用新型流動改進劑的研究與應用

2021-02-13 10:01:38呂紅梅余曉玲鞏佳語

精細石油化工進展 2021年6期

呂紅梅，余曉玲，鞏佳語

中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司石油工程技術研究院，江蘇揚州225001

江蘇油田有大量高黏度、高凝點、高含蠟的“三高”原油，在其采出舉升和集輸過程中，由于原油黏度大、凝固點高，極易造成油井井口回壓高、管輸阻力大而影響正常生產［1］。各油田常用的解決方法是物理升溫或摻入一部分稀油使原油變為低黏、低凝油。由于物理方法成本過高，因此，國內外學者開發了多種類型的流動改進劑以改善原油流動性，包括防蠟劑、降凝劑、降黏劑、減阻劑等，在室內研究和工業應用中均取得了一定的成效，但仍存在作用機制單一、適應范圍較窄及成本較高等問題［2］。

基于此，本研究采用流動改進劑使油、水兩相形成“擬乳狀液”，即運動時表現出乳狀液的特點，靜止時水包油（O/W）型乳狀液自然破乳，不影響后續脫水，以提高油田的采油輸油效率，降低能耗。

1 實驗材料和儀器

1.1 材料

原油和水樣取自江蘇油田Z13、X5、M20 區塊。原油黏度為194.17～258.50 mPa·s，凝固點為38 ℃，蠟含量為13.67%（質量分數），屬于高凝、高膠質稠油。Z13 區塊地層水取自油井的采出水，分析其離子成分，結果見表1。

表1 Z13區塊地層水的離子組成分析

實驗用流動改進劑為中石化江蘇油田分公司石油工程技術研究院研制，有機氯含量為0，有效成分含量≥40%（質量分數），1%（質量分數）水溶液pH 7～9，無沉淀，不渾濁，使用溫度≤150 ℃，其主劑為非離子表面活性劑。

NaCl、MgCl2和CaCl2均為化學純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 實驗儀器

HH-6 型數顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；IKA-2000 型攪拌器，廣州儀科實驗室技術有限公司；哈克RS6000 型流變儀，賽默飛世爾科技有限公司；Nikon 80i/90i 型正置顯微鏡，日本尼康株式會社。

2 結果與討論

2.1 降低原油轉相點

若油包水（W/O）型乳狀液中含水率升高到某一值，乳狀液會轉變為水包油（O/W）型乳狀液，該值稱之為轉相點，轉相點處乳狀液表觀黏度最大［3-5］。在油井井筒或者集輸管道中加入流動改進劑可降低原油乳狀液轉相點的含水率，提前形成具有適度穩定性的O/W 型原油乳狀液或擬乳狀液，顯著降低含水原油的表觀黏度［3］。

2.1.1 剪切狀態下的轉相點

配制不同含水率的原油乳狀液，實驗溫度50 ℃，流動改進劑加入量1 000 mg/L，利用RS6000型流變儀（剪切速率7.34 s-1），測試原油擬乳狀液加入流動改進劑前后的黏度，結果如圖1所示。

圖1 剪切狀態下流動改進劑對轉相點的影響

由圖1可知：未加入流動改進劑時，55%含水率時原油黏度為1 750 mPa·s；加入流動改進劑后，40%含水率時原油黏度下降至508.3 mPa·s，轉相點含水率下降15%，降黏率超過70%，顯著降低原油乳狀液轉相點的含水率和含水原油的表觀黏度。

2.1.2 模擬管輸狀態下的轉相點

利用盤管式原油阻力測定裝置，測試不同含水率條件下原油乳狀液的輸送壓降［6］，繪制壓降與含水率關系曲線，結果如圖2所示。

圖2 模擬管輸狀態下流動改進劑對轉相點的影響

由圖2 可知：未加入流動改進劑時，轉相點的含水率為55%；加入1 000 mg/L 流動改進劑后，轉相點含水率下降至40%，流動阻力下降74%。此結果與靜態實驗的結果一致。

2.2 改善油水流變性

采用RS6000流變儀，研究不同溫度條件下加入流動改進劑前后原油乳狀液的流變性，油水比為7∶3［7-9］，結果如圖3所示。

圖3 流動改進劑加入前后原油黏度-溫度曲線

由圖3 可知：加入流動改進劑后，原油黏度顯著降低，原油流動性改善，低溫區間的降黏效果更加突出；當溫度低于35 ℃，降黏率高于99%，效果明顯高于高溫度條件的降黏率。

2.3 降低原油結蠟量

原油流動改進劑作用的機制之一就是在井筒和集油管線內形成親水膜，減小管壁摩擦阻力，使原油易于流動。為了進一步模擬現場，量化結蠟量，因此測試Z13 區塊油樣加入流動改進劑后的結蠟率與防蠟率，結果見圖4。

由圖4 可知：與未加入流動改進劑的空白樣相比，在低于原油凝固點的溫度條件下，加入流動改進劑后，原油的結蠟率僅為3.15%，而隨著溫度的降低，空白樣品的結蠟量增多。可見，流動改進劑在溫度較低時，防蠟效果較為明顯。加入流動改進劑能在低溫時降低原油結蠟，達到防蠟的效果，增加原油流動性。

圖4 流動改進劑對防蠟效果的影響

2.4 降低原油屈服值

通過加入流動改進劑來抑制原油中蠟晶體的生長，在宏觀上表現為原油黏度下降或者凝點有所降低。所以，可以用原油的屈服值來宏觀表征流動改進劑對蠟晶體生長的抑制作用。

低溫原油在恒定剪切速率作用下，在初始階段剪切應力隨剪切時間的推移而增大，當增大到一定值時，剪切應力陡然降低，其中最大的剪切應力值被定義為靜屈服值，它在一定程度上反映管線停輸再啟動壓力的大小［10］。依據行業標準SY/T 7547—2014《原油屈服值的測定旋轉黏度計法》開展原油屈服值測定，結果見圖5。

圖5 加入流動改進劑后原油靜屈服值變化

由圖5 可知：加入流動改進劑后，原油的剪切應力明顯降低，即明顯降低了原油的靜屈服值，由原油的1 239.8 Pa 降低至加劑原油的808.2 Pa，且到達靜屈服值的時間縮短了7 min。由此可見，該流動改進劑能有效降低原油的靜屈服值。

2.5 不影響原油后續脫水

在油井中添加的化學試劑可能給采出液站內脫水處理帶來不利，本文研究的流動改進劑具有形成“擬乳狀液”的特點。為了考察其靜置狀態的脫水能力，開展加劑原油脫水實驗，乳狀液脫水測試參照SY/T 5281—2000中的方法。

在50 ℃條件下，考察原油和加劑原油在不同時間下的脫水率，結果見表2。由表2 可知：加入流動改進劑后靜置10 min 脫水率達到94.4%。從界面情況及水相清晰度來看，原油樣的界面不齊，出現原油掛壁；加入流動改進劑后樣品界面較齊，原油掛壁量少，水相較清。因此，流動改進劑的加入不但不會對原油脫水造成影響，而且還有助于原油脫水，使脫出的水更加清澈。